有机磷多面体低聚硅倍半氧烷(P-POSS)阻燃剂

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本成果首次成功合成了有机磷多面体低聚硅倍半氧烷(P-POSS)阻燃剂。P-POSS以硅、磷为主要阻燃元素，以笼型无机Si-O结构为内核、含磷有机基团为外壳的独特结构，具有常温下为固体、聚合物材料加工温度下出现玻璃化转变的良好加工性能，同时具有热稳定性高和与聚合物相容性好的特点，指向一类新型高效阻燃剂分子的未来特征。前期研究结果表明，P-POSS在环氧树脂和聚碳酸酯中均表现出优异的阻燃性能，同时，使聚合物材料保持良好的综合性能，具有广阔的市场应用前景。

在阻燃环氧树脂应用中，低含量的P-POSS（硅、磷元素含量为0.1~0.5wt%）即可使阻燃环氧树脂的氧指数达到30%以上，获得UL-94 V0级别。而且P-POSS 阻燃的环氧树脂表现出独特的“吹熄”现象，即样条点燃后，点燃端明显有气流从炭层燃烧点喷射而出，将火焰吹离聚合物表面并迅速熄灭，正是这种“吹熄”现象实现P-POSS的高效阻燃环氧树脂。P-POSS不但能够提高环氧树脂阻燃性能和热稳定性，还能保持环氧树脂本身的透明性、机械性能和电性能。

在阻燃聚碳酸酯应用中，P-POSS不但能够保持POSS结构热稳定性高的特点，而且还可以有效回避原料磷系阻燃剂的增塑作用。常温下这种P-POSS的固体状态使其更容易储存和添加，而它们在PC加工温度范围内存在的玻璃化转变现象更是使其分散状态较一般固体阻燃剂有着显著的改善，甚至达到纳米级分散。P-POSS在2wt%的添加量下就可以使聚碳酸酯达到UL-94 V0级别，同时热变形温度保持在140℃。 

智能手机3D曲面玻璃制备用高性能石墨模具

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为了提高智能手机3D曲面玻璃制备用石墨模具的寿命，本成果利用非电极式等离子电解专利技术快速实现大批量石墨粉体表面纳米陶瓷改性，并采用传统的模具制备生产线实现高性能长寿命石墨模具的制备。本产品优势有：（1）原材料石墨粉体不需要经过表面处理，这样可以节省大量成本，降低环境负担及其相关费用；（2）非电极式等离子电解专利技术为一站式置换技术，即在石墨粉体进行表面清洗和活化同时实现陶瓷涂层沉积；（3）所制备的陶瓷涂层和石墨粉体具有优异的结合力，远远优于传统的溶胶-凝胶技术；（4）所制备的陶瓷涂层厚度为20纳米，避免石墨模具在制备和使用过程中升降温因热不匹配而导致的开裂；（5）所开发的石墨模具中陶瓷组分均匀并量少，降低了原材料成本，避免传统的石墨/陶瓷复合材料在制备和使用过程中升降温因热不匹配而导致的开裂，极大提高感应加热效率；（6）可采用传统的石墨及其模具制备生产线，实现生产线技术的匹配，极大降低成本。

本项目组已经制备出尺寸为175*110*30mm的石墨模具单件样品，经深圳某自动化公司考核，在相同条件下该石墨模具寿命提高3倍，并且其成本基本不增加，具有巨大的市场前景。

快速比色检测 Hg2+离子的新技术

李星

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一种基于 8-羟基喹啉、聚乙烯吡咯烷酮和草酸修饰的纳米金颗粒（AuNPs）可快速比色检测 Hg2+，并能实时、快速裸眼检测。当该 AuNPs 遇到 Hg2+时迅速聚集，溶液颜色由酒红色变为灰色，从而实现对 Hg2+快速检测。该法选择性好，灵敏度高，裸眼检测限为 4.0 x 10-7 M，紫外光谱检测限可达4.0 x 10-8 M。研究成果发表在英国皇家学会旗舰期刊上（Chem. Commun.,2014, 2014, 50(49), 6447-6450）。并被选为背封面特色文章。

企业碳排放核算及预测动态可视化平台

王路

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随着各国“双碳”目标的制定、国际社会对出口产品“碳标签”的要求以及呼之欲出的“碳税”，使得产品的生产如何能够节能减碳不但成为了一个政治任务，更是一种企业社会责任，甚至是企业减少生产成本或者创造额外经济价值的手段之一。绿色设计、清洁生产、源头减排可以使企业不仅有良好的社会形象，还可以真正的实现产品的绿色、高值生产，为企业提高工艺水平、规划未来产能、布局中长期的发展战略提供科学依据。 本项目以可持续发展理论及碳足迹理论为指导，以计算机技术为手段，通过收集企业的生产工艺、原辅材料、能源以及“三废”等的排放数据，选用主流数据库服务引擎，构建企业生产工艺数据库，在参考行业标准的基础上，编制适用于企业自身的碳排放核算方法，构建碳排放核算模型，并应用基于微服务的前后端分离架构（B/S），集成企业生产工艺数据库，构建企业全流程数字化碳排放模拟平台。平台基于Docker技术进行部署，使用React等主流JavaScript前端开发框架设计开发，合理选用Matlab、SQL、Java或Python等开发语言构建。平台后端基于Java开发语言、应用JavaSpringBoot框架进行构建，前端基于Angular、Echarts等主流框架、应用JavaScript开发语言、嵌入PowerBI等进行开发。 开发后的平台可以动态监测企业各工艺碳排放情况，掌握单位产品的碳排放强度，计算整个企业的碳排放量，对碳排放异常点动态预警，并且可以预测未来某个时间企业整体碳排放量及单位产品的碳排放强度。预测参数可以根据不同时间段的政策、原辅材料采购商的变化、生产工艺的改进而修改，保证预测结果可以尽可能的接近真实。

NCA正极材料

杨向光

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三元系正极材料经历了多年发展，能量密度不断提高，进而大幅度提升了电动车的巡航里程。美国特斯拉纯电动汽车是因成功使用日本松下制造的镍钴铝（NCA）电池体系，保证了其高的巡航里程。在三元正极材料中，有代表性的是NCM和NCA，其中，镍含量直接决定正极材料的容量，所以高镍NCA和NCM9055应该是锂离子三元材料发展的极限值。课题组近年来在NCA正极材料的制备方面取得了显著进展，制备的NCA正极材料有低镍和高镍两种。其中，低镍NCA中的镍含量为80%，通过改进合成方法与配方使得其稳定性有较大幅度提高。在0.1C时的容量为190mAh/g，1C时容量为168mAh/g，循环200次后容量为155mAh/g，仅损失8%。高镍NCA中的镍含量为90%，容量为207mAh/g略低于国际上最好指标：210mAh/g，在国际上属于中等偏上水平。在循环稳定性方面，以容量损失原来的80%为准，制备的NCA循环稳定性显高于国外公司的样品。将容量和稳定性结合起来看，制备的NCA应该属于国际前列水平。目前的制备技术可实现每次公斤级，其性能基本与小试样品一致

稀土元素基核防护材料

赵超

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目前应用最广泛的核辐射防护材料主要为铅制品，这类防护材料存在防护不全面、毒性大、面料笨重等缺点。因此，开发高性能、低毒性、轻量化的新型核辐射防护材料意义重大。 本课题组开发的稀土元素基核防护材料，是一种经过配比优化的稀土元素基纳米级材料，它具有以下特点：（1）稀土元素种类多，且具有相对连续分布的质量衰减系数，我们根据该系数的理论分析，优化了核防护材料中多种元素的配比，实现了防护波段的有效调控；（2）该防护材料为油溶性纳米材料，可在多种有机溶剂中稳定分散，因此容易与当前多种防护材料的制备工艺实现良好的兼容，如与橡胶等的加工工艺相整合，获得橡胶制品；（3）相比于铅，稀土元素的毒性更低，对人体的危害相对较小；（4）稀土元素的质量更小，能够降低防护材料的重量，在不影响防护能力的同时实现防护材料的轻量化，提高防护材料的舒适性。 技术指标 在同等防护能力下，与国产防辐射材料相比，重量降低70%；面密度≤2kg/m2；X射线（100kV）≥60%；β射线（Sr-90/Y-90）≥70%；电磁防护≥20dB（1GHz~10GHz）。

高品质镁-稀土中间合金

赵超

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采用长春应化所专利下沉阴极电解技术生产的镁-稀土中间合金产品，覆盖了军工及民用领域的常用稀土种类；能够根据实际生产需要调整稀土组分含量。解决了稀土镁合金生产过程中组分熔点/密度差异大、易偏析的问题，主要用于熔炼应用合金，具有显著提高合金品质、降低杂质含量的优势。 技术指标 1.稀土组分：La、Ce、Pr、Nd、Gd、Y、Ho、Er、Yb、Dy等单一组分及任意多元混合组分； 2.稀土含量：15-85wt.%。 产业化前景预测 稀土作为主要的合金元素或微合金化元素在镁合金研究领域发挥越来越重要的作用。但是稀土镁中间合金还很少有单位供应，造成合金研发中稀土资源的极大浪费，同时也限制了稀土镁合金的研发。我国有丰富的镁和稀土资源，科学的组合利用这两大资源优势，把稀土作为镁合金的一个创新源头，研发系列稀土镁中间合金，为国内外镁合金的研发提供低成本、高性能的稀土镁中间合金，填补国内外在该领域的空白 经济效益：建成稀土镁中间合金的示范生产线，具有100吨/年稀土镁中间合金的生产能力，可基本满足国内外的需要。 社会效益：围绕制约镁合金扩大应用的若干技术瓶颈，以稀土镁合金材料和加工成型技术为重点，研究开发高性能镁合金及制备技术，突破复杂镁合金铸件与集成应用技术、腐蚀与防护技术等一批前沿核心技术和产业化关键技术，开发以稀土镁合金为材料的工业制品，并在汽车、摩托车、轨道车辆等领域得到应用，同时为航天、航空等领域提供批量、高性能的制品。

高性能稀土镁合金精密铸造构件

赵超

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针对高性能稀土镁合金制备大尺寸构件的工程工艺难点，开发了基于Mg-Y-Nd-Zr、Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金的高强材料及复杂薄壁构件的精密铸造成型技术。针对高稀土含量镁合金塑性差、成本高、工程化应用困难的弱点，根据多元微合金化高密度形核理论，开发了稀土含量相对较低、力学及工艺性能优越的高强耐热稀土镁合金，在不提高稀土组分总量的条件下，显著提高室温及高温力学性能，并具有同类材料中较好的塑性及工艺性能。 技术指标 1.力学性能：室温抗拉强度σb≥300MPa、屈服强度σ0.2≥220MPa；断后伸长率δ≥3%； 2.铸态合金材料密度ρ≤1.85g/cm3； 3.使用温度≥200℃； 4.构件壁厚最低为2.5mm。 产业化前景预测 镁合金作为最轻的工程结构材料，在交通、航空、军工领域日益受到重视。随着工业系统和材料技术的快速发展，对工程结构材料的力学性能提出了越来越苛刻的要求。本项成果通过调控合金的复杂微观结构，可以明显提高合金的强韧性，有效提高材料的工艺性能，为高性能大尺寸构件的制备和大批量工程化产业应用创造了条件。 经济效益：具有1000吨/年的生产能力，可基本满足国内航空航天、轨道交通、导弹军工等领域的需要。 社会效益：成功应用到多个导弹军工、航空航天、大飞机项目、轨道交通、电子设备部件上。通过应用前述材料成果，满足了在研国家重点型号武器项目的迫切需求、实现了定型与生产，同时扩大了镁合金材料在各工业领域的应用范围，为各单位创造的显著的经济效益，促进了我国镁合金科研生产领域的升级进步

高性能稀土镁合金大尺寸构件

赵超

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针对高性能稀土镁合金制备大尺寸构件的工程工艺难点，开发了基于Mg-Gd-Y-Zn-Zr、Mg-Y-Nd-Zr合金的高强材料及其大尺寸构件的制备方法。该材料及匹配的成型工艺克服了铸造工艺性能较差、容易产生疏松和热裂等问题，成功开发出大尺寸铸造坯料（直径≥500mm）及塑性成型坯料制备技术，并成功应用到多个导弹军工及大飞机项目部件上。 该产品用于生产航空航天、导弹等领域用于制备高强轻质结构件、连接件的塑性变形坯料，具有综合性能高、能够生产大尺寸复杂构件、坯料组分均匀缺陷少的特点。 技术指标 1.力学性能：室温抗拉强度σb≥450MPa、屈服强度σ0.2≥400MPa；断后伸长率δ≥5%； 2.铸态合金材料密度ρ≤1.9g/cm3； 3.使用温度≥200℃。 4.单件直径100-800mm、长度1000-4000mm； 5.符合HB7780、GB/T4297-2004规定范围； 6.稀土组分最高可达15wt.%。 产业化前景预测：镁合金作为最轻的工程结构材料，在交通、航空、军工领域日益受到重视。随着工业系统和材料技术的快速发展，对工程结构材料的力学性能提出了越来越苛刻的要求。本项成果通过调控合金的复杂微观结构，可以明显提高合金的强韧性，有效提高材料的工艺性能，为高性能大尺寸构件的制备和大批量工程化产业应用创造了条件。 经济效益：具有1000吨/年的生产能力，可基本满足国内航空航天、轨道交通、导弹军工等领域的需要。 社会效益：成功应用到多个导弹军工、航空航天、大飞机项目、轨道交通、电子设备部件上。通过应用前述材料成果，满足了在研国家重点型号武器项目的迫切需求、实现了定型与生产，同时扩大了镁合金材料在各工业领域的应用范围，为各单位创造的显著的经济效益，促进了我国镁合金科研生产领域的升级进步。

高性能Mg-Al-RE合金压力铸造构件

赵超

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针对现有的AZ、AM商用镁合金强度低、高温抗蠕变能力低、耐热性差等问题，研制混合稀土组分的Mg-Al-RE高强耐热压铸镁合金。具有表面活化性能的混合稀土可以形成热稳定性好的针状Al11RE3相，起到了高温下钉扎晶界的作用，显著提高了合金的室温高温力学性能。该合金工艺性能优异、成本低廉，已经在导弹军工、轨道交通、电子产品上实现了批量化生产。 技术指标 1.力学性能：室温抗拉强度：σb≥280MPa，σ0.2≥200MPa，δ≥11%； 2.铸态合金材料密度ρ≤1.80g/cm3； 产业化前景预测：针对现有的AZ91镁合金强度低、高温抗蠕变能力低、耐热性差等问题，研制出混合稀土改性优化的高强耐热抗蠕变镁合金，充分利用了现有闲置的稀土资源，室温/高温性能优于国外的AZ91。 经济效益：具有1000吨/年的生产能力，可基本满足国内航空航天、轨道交通、导弹军工等领域的需要。 社会效益：成功应用到多个导弹军工、航空航天、大飞机项目、轨道交通、电子设备部件上。通过应用前述材料成果，满足了在研国家重点型号武器项目的迫切需求、实现了定型与生产，同时扩大了镁合金材料在各工业领域的应用范围，为各单位创造的显著的经济效益，促进了我国镁合金科研生产领域的升级进步。

高性能Mg-Al-RE合金塑性成型构件

赵超

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针对工程领域镁合金构件的力学性能及减重需求，以及传统镁合金强度较低、耐腐蚀性较差的问题，本项目通过对材料与结构设计的优化，突破稀土镁合金的协同强韧化、精密成型、加工制备及表面处理等关键技术，显著提高了合金的室温高温力学性能。该合金工艺性能优异、成本低廉，已经在导弹军工、轨道交通、电子产品上实现了批量化生产。 技术指标 1.力学性能：室温抗拉强度σb≥290MPa、屈服强度σ0.2≥220MPa；断后伸长率δ≥8%； 2.铸态合金材料密度ρ≤1.80g/cm3； 3.使用温度≥200℃。 通过强化机理研究、工程工艺装备开发、大尺寸构件制备检验等工作的系统整合，实现稀土镁合金材料性能与工程制备技术上的突破。推动高强度稀土镁合金材料在精密构件和大中型结构件的轻量化开辟一条可行、可靠的改进方向，为高性能稀土镁合金的推广应用、为武器、空天、轨道交通等系统的结构材料技术改进奠定坚实的基础。 经济效益：具有1000吨/年的生产能力，可基本满足国内航空航天、轨道交通、导弹军工等领域的需要。 社会效益：成功应用到多个导弹军工、航空航天、大飞机项目、轨道交通、电子设备部件上。通过应用前述材料成果，满足了在研国家重点型号武器项目的迫切需求、实现了定型与生产，同时扩大了镁合金材料在各工业领域的应用范围，为各单位创造的显著的经济效益，促进了我国镁合金科研生产领域的升级进步

稀土合金固态储供氢系统及燃料电池应用

赵超

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我国氢能产业链基础较薄弱，尤其是在氢源的储存、运输、供应等问题，已经成为制约氢能产业发展的关键因素之一。目前，在加氢站建设过程中，其“氢库”问题也限制了其规模化发展应用。高安全固态低压储供氢材料及其储供氢装置技术被认为是加氢站理想的“氢库”解决方案之一。 尽管已报道的固态储氢材料种类繁多，但目前固态储氢材料的开发及应用仍以储氢合金为主，包括AB5、A2B7和固溶体合金等，但上述合金的储氢容量偏低或放氢条件苛刻。本成果利用丰富而廉价的钒钛资源和轻稀土资源，开发低成本的固态储氢材料体系，并通过与轻金属氢化物和复合氢化物的复合，研发温和条件下高可逆容量且易活化钛钒稀土储氢材料。针对我国地域辽阔、南北温差大的特点，重点拓展了固态储氢合金在宽温条件下（-30℃~100℃）的吸放氢性能；并采用列管式技术，开发了氢容积为2Nm3、5Nm3、10Nm3、30Nm3的适合宽温域加氢站用固态储氢装置样机。初步集成了固态储供氢&50W燃料电池发电系统，开展了相应的验证试验。 项目成果可满足我国氢能发展和氢能基础设施建设的重大需求，同时有助于我国优势的高丰度稀土资源的综合利用，促进稀土产业的平衡发展。

铈高质化基础材料制备及在超精密抛光中的应用

赵超

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项目背景：精密抛光被列为我国35项“卡脖子”技术之一，氧化铈以其粒度细、化学活性好、研磨能力强和使用寿命长的优点，广泛应用于光学玻璃、芯片、蓝宝石、LED行业等制品的抛光中。我国虽然占据世界上90％的稀土抛光粉产品份额，但主要集中在中低端，部分高精尖技术的瓶颈仍有待于突破，在超精密领域中抛光材料主要依赖进口，国产化率低。 创新性：我们在铈的溶液化学及高品质铈基原材料的分离制备方面具有深厚的理论基础和丰富的实践经验，首次在工业萃取体系实现了氟碳铈矿分离制备铈基纳米材料。发明了利用液/液萃取体系界面制备多种结构和形貌稀土化合物的新方法，提出了条件温和、易于规模化制备、尺寸可调控的铈基新材料的制备路线。

稀土硫化物着色剂材料的绿色连续化制备技术

赵超

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稀土硫化物着色剂因其着色性能优异，无毒无害等特性，广泛用于塑料、塑胶、油漆、油墨、皮革等诸多领域，预计市场需求可达百亿元人民币。由于可以替代目前大量使用的有机颜料和含镉、铅的重金属颜料等不能达到环保要求的着色剂，稀土着色剂被列入由科技部工信部和环保部在2016年联合颁布的《国家鼓励发展的有毒有害原料产品替代品名录》。传统稀土硫化物着色剂的合成是在管式炉内以硫化氢为硫化剂在高温下反应，工艺复杂、危害度大、成本高，不能大规模生产，极大限制了稀土硫化物着色剂的推广使用。 中国科学院长春应用化学研究所研发出基于纯固相反应的稀土硫化物着色剂绿色连续化制备技术，并与包头稀土中心合作，在包头开展10吨级中试放大实验。经过近一年的设备设计选型与工艺摸索，在2016年11月3日实现了首批产品下线。该技术开发了温和条件下稀土硫化物着色剂制备新方法，不使用硫化氢等危险气体，产量高，操作简单，安全可靠。产品使用北方地区稀土库存积压严重的高丰度的镧、铈元素为原料，满足国家稀土资源平衡利用和替代有毒有害产品重大需求，对高附加值稀土新材料应用具有重大意义，推向市场后将产生较大的经济和社会效益。

稀土氧化物基水冷壁防结焦纳米陶瓷涂层

高祥虎

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国内每年工业锅炉因水冷壁灰污、结焦及高温腐蚀带来的经济损失总和达上千亿元。水冷壁防结焦涂层高端技术被国外垄断，售价最高可达5000-10000元/平方米。本涂层技术主要应用于大型电站燃煤锅炉、燃气锅炉、工业锅炉、石化裂解炉、加热炉、生物质与垃圾发电锅炉、多晶硅反应炉等。 技术优势 含多种稀土氧化物成分，水性环保，适用于不同基材、不同应用环境，确保涂层不开裂、不粉化、不脱落，优异的附着力和抗热震性能。抗粘污结渣、耐高温腐蚀，提高煤种适应性(高硫、高钠钾、高氯煤等)，避免腐蚀性爆管，垮焦灭火；极强的化学惰性不与腐蚀性成份及还原性气体发生化学反应。致密表层有效防止腐蚀性物质渗入，避免基材腐蚀，防止腐蚀爆管。氯化物复合熔盐高温(500oC)腐蚀实验5000小时，涂层完好，无腐蚀现象发生。 提高换热效率，降低供电煤耗，提高能源利用效率；涂层具有良好的红外辐射特性，2-15微米波段的辐射率大于0.90，相当于“近黑体”，在相同条件下吸收更多热量，并具有更强的再辐射能力。涂层具有可调的导热系数，加强热量传导，使受热面换热更加均匀，避免局部热量过于集中的情况发生，基材无热应力点，从而防止受热面管壁超温爆管，避免金属长期蠕变爆管。 可根据不同锅炉辐射面工况及煤种进行涂层的优化设计，并提供个性化定制方案。对于锅炉中不同区域如水冷壁、屏式过热器及空气预热器可进行涂层方案调整。

高丰度稀土基材料催化异丁烯制备甲基丙烯醛酸

赵华华

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甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯（MMA）是一种重要的有机化工原料，主要应用于涂料、有机玻璃PMMA等领域。目前我国制备MMA采用C3和C4路线，均属引进技术。而我国拥有丰富的C4资源，因此C4氧化法制备MMA在我国具有很大优势。异丁烯选择氧化制备甲基丙烯醛（MAL）是C4（异丁烯）氧化法制备甲基丙烯酸甲酯必经的关键步骤之一。工业上通常采取MoBiFeCo基多组分复合氧化物体系，但是仍面临MAL选择性低、反应热难快速移出等问题。稀土元素受镧系收缩的影响和4f电子作用，在化学反应过程中表现出独特的催化性能。本项目以稀土如La、Ce、Gd等协同调控催化剂中的晶格氧从而提高MoBi基催化剂的异丁烯选择氧化制备MAL反应性能，探索催化剂可控制备方法与条件、稀土助剂对催化剂结构和性能的影响以及稀土助剂提高反应性能的本质原因及反应机制，拟获得一类高效异丁烯选择氧化催化剂，异丁烯转化率>95%，甲基丙烯醛（酸）选择性>85%，稳定运行1000h以上，完成千吨级工业示范并获得万吨级全流程工艺包。 中国科学院兰州化学物理研究所多相催化与选择氧化研究团队长期从事多相催化尤其是选择氧化领域的应用基础研究，对稀土助剂在甲烷氧化偶联制乙烯（Ce）、甲烷干重整（Ce、Gd）、CO2甲烷化（Ni-La）及乙烷氧化（Ce）等反应中对氧物种及反应性能的本质影响均有深入的研究和认识，为本项目顺利实施奠定了深厚的研究积累。

稀土元素在单分子白光荧光开关上的应用

陈碧琦

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Eu分子对稀土离子La3+,Ce3+,Dy3+,Er3+,Gd3+,Ho3+以及Pr3+表现出良好的荧光传感作用，通过控制电化学电压可使得所发出的白色荧光发生可逆性的变化，呈现开关性能。

稀土元素改性纳米氧化锌材料在抗菌涂料中的应用

陈碧琦

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稀土掺杂纳米氧化锌(ZnO)在紫外光照射下激活其光催化特性,能够分解有机物质,起到抗菌和除臭的作用。 材料性能达到以下标准：抗菌性能与常用的抗生素如庆大霉素、两性霉素的抗菌性相当（纸片扩散法测量其对于常见真菌、细菌的抑菌圈直径，目标化合物抑菌圈直径大于庆大霉素。最小抑菌浓度MIC小于1mg/mL）；具有良好的生物相容性（对人体胚胎期肾脏293细胞无毒性作用）。